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[摘 要]随着城乡一体化规划的实施，城市供水需求快速增加，然而由于河流水质普遍较差，已难以找到洁净的饮用水源。因此，为了解决这一严重供需矛盾，必须加强城市自来水厂净水处理，使之能用于生活饮用水的水源，以克服清洁水源短缺的困扰。对此，笔者就城市建设中自来水厂净水处理工艺进行了相应的分析，以期提供一定的参考价值。
[关键词]城市建设 自来水厂 净水处理工艺 技术改造
中图分类号：TU991.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0039-01
水是人类生存的生命线，是人类社会实现可持续发展的重要物质基础。随着经济的不断发展，用水量剧增，而水处理设施的相对落后使水环境质量呈持续恶化的趋势。因此，为了解决这一问题，必须加强城市自来水厂净水处理， 强化对地表水的保护措施，使之能用于生活饮用水的水源，进而从根本上提高水质的保障，克服清洁水源短缺的困扰。
一、城市建设中自来水厂净水处理工艺
1.自来水厂净水常规处理工艺
城市自来水厂水处理的任务是通过必要的处理方法去除水中杂质，使之符合生活饮用水的水质要求，故处理方法应根据水源水质确定。此处仅列出自来水厂净水常规处理工艺。常规处理工艺主要处理对象为水源水中的悬浮物、胶体物质和病原微生物等。它由混凝、沉淀或澄清、过滤和消毒等工序组成，该工艺仍为中国和世界上大多数水厂所采用。“混凝-沉淀-过滤-消毒”是以地表水为水源的生活饮用水常规处理工艺，去除对象是引起水浑浊的悬浮物及胶体物质。混凝、沉淀和过滤在去除浊度的同时，对色度、细菌和病毒等也有一定去除作用。再通过向水中投加氯气、漂白粉，或二氧化氯等消毒剂，杀灭滤后水中致病微生物，达到饮用水水质要求。
2.活性炭技术处理工艺
活性炭技术给水处理中的深度处理工艺，可以有效地去除水中色度、异嗅异味和溶解的有机污染物，提高供水水质。活性炭分为粉末炭活性炭、颗粒活性炭、新炭等种形式，其中粉末活性炭在处理水中突发嗅味、工业污染物方面有很好的应用。颗粒炭不易流失，可再生重复使用，用于污染较轻，需连续运行的水处理工艺。颗粒活性炭在使用过程中根据原水水质情况定期进行反冲洗。一般采用水冲的形式，6天反洗一次，反冲强度需达到30%以上的滤池膨胀率。新炭主要以物理和化学吸附为主，使用一定时间炭表面形成生物膜后，则以生物降解作用为主。当评价活性炭吸附效果的指标降低到相关标准以下，或某种污染物指标穿透炭床时，就必须进行更换或再生。新炭使用时需要浸泡 24～48h，之后还应进行反冲洗，以便去除残存的活性炭中的焦油及炭粉等杂质。反洗次数和排水浊度可根据处理水用途确定，给水处理活性炭反洗排水浊度一般可控制在 2～5NTU 。比如，据上海水质问题专家陈国光向记者提供的一组常规处理水厂和“深度处理”水厂2013年氯仿、耗氧量指标的对比以及嗅和味的合格率比较的数据显示，采用“深度处理”工艺的水厂氯仿，较采用常规处理工艺的水厂平均降低48.65%，耗氧量平均降低26.92%；嗅和味指标的合格率则平均提高8.18%。
3.“膜”法水处理工艺
“膜”法水处理工艺主要是利用天然矿石、超滤技术、反渗透技术等多道物理过滤，实现对自来水的生物与化学污染的多级屏障。其中，反渗透膜装置是该处理工艺的核心部分。经反渗透膜的深度处理，能去除水源中绝大部分无机盐、重金属离子以及有害物质，使水质达到生活饮用水标准。比如，杭州湾新区航丰自来水厂投入9000多万元建设了一期5万t供水项目，其中第三代水处理工艺——“膜”法水处理工艺的设备投入就花掉5000多万元，这一投入是普通5万t水厂项目投入2倍还要多。自2004年建成投用以来，就受到了许多国内同行的关注，杭州、上海、深圳、北京的同行纷至沓来，向航丰公司学习取经。目前，航丰公司采用“膜”法水处理工艺，水处理达标率连续5年达到100%，并通过慈溪市、宁波市和国家相关水质检测，水质完全符合国家生活饮用水标准。
二、城市建设中自来水厂净水处理技术改造方案
目前我国各自来水厂的水源大都遭受生活污水与工业废水的污染，原水中有机物氨氮浓度增加，水质下降，增强了饮用水的致癌风险。因此，对自来水厂的现有净水工艺进行改造势在必行。具体包括如下方面：
（1）针对水源水的污染特性，增设必要的预处理设施。预处理技术包括投加化学氧化剂，如臭氧、高锰酸钾；投加吸附剂，包括粉末活性炭和活化粘土；以及生物氧化技术等。特别是生物氧化预处理技术（如曝气生物滤池），由于本身存在的一些优点，自二十世纪八十年代以来，在许多国家得到重视。我国部分城市水厂也已经开始了这方面的工作。
（2）混凝技术改造。改造的基本方法可因地制宜选用静态混合器、利用水泵和加装机械搅拌混合器等。
（3）絮凝技术改造。改造的基本原则是创造适宜的水力条件，使絮凝的各段过程中尽量接近最佳GT值。对打碎絮体的部位需扩大断面积，对GT值过小的部位加装网格或者安装阻流装置。如要适当增加絮凝时间则可适当地占用一些沉淀池空间来解决。
（4）沉淀池、澄清池的技术改造。改造的基本方法是加装斜管或斜板。
（5）过滤技术改造，改造为煤和砂的双层滤料滤池；可考虑采用轻质（煤或陶粒滤料）、粒径较粗、滤层较厚的均匀滤料。滤池采用气水联合反冲洗，改善冲洗效果，节约冲洗水量。
（6）助滤剂的应用。在进滤池的水中再加注少量（一般为1-3mg/L）的混凝剂或微量（一般几十？g/L）高分子絮凝剂，能明显改善水的过滤性能，显著提高去除率。这是改善过滤出水水质的一个非常重要措施。投加助滤剂后，出水浊度明显降低，但运行周期会相应缩短。经试验，采用助滤剂方案时，若运行周期尚长，可不改变滤层，否则要同时把滤层改为双层滤料或均粒滤层并加装表面冲洗以改善冲洗效果。
（7）增设活性炭吸附或生物活性炭（臭氧-活性炭联用）深度处理设施，进一步控制出厂水中的有机污染物的浓度，减少卤代物质的生成量。
（8）在无条件建立活性炭滤池时，可在过滤前投加粉末活性炭（PAC），或将滤池改造为活性滤池。
（9）优化消毒工艺，使用氯胺、二氧化氯、臭氧等消毒剂，降低消毒副产物的产生量，提高饮用水的卫生安全性。
（10）采用膜技术，可以替代常规工艺和深度处理工艺，并可以去除部分溶解性无机盐。
（11）水厂自动控制的技术改造，目的是减低能耗，优化工艺参数，保证出水水质。
需特别指出的是，活性炭吸附技术最能有效地去除水中的有机物，将是今后给水净水厂首先应考虑增加的深度处理构筑物。但从经济角度来看，根据我们的估算，采用活性炭吸附技术每处理1m？/d水的投资将在80-100元，运转费将增加0.15元/m？左右。从目前来看出，恐怕在短时间内还难以实现。生物预处理技术对氨氮、亚硝酸盐氮有较强的去除效果（80-95%），生物预处理技术运转费便宜，仅需增加费用0.09元/m？，但基建面积较大，投资高，每1m？/d约在100-120元左右。？综合自来水厂的净水工艺状况，我们把不同工艺的机理、功能、净水效果和费用比较列为一个表格，便于分析和比较，具体详见下表。
综合上述自水厂不同净水工艺的去除指标和经济上增加的费用，在我国现有经济和技术条件下，在优先考虑强化常规工艺的前提下，增加预处理、深度处理及“膜”法水处理将是今后我国自水厂进行净水工艺改造的主要方向。在预处理中，生物预处理发展前景广阔；在深度处理中，活性炭技术处理将是其主要发展趋势。
参考文献
[1]王星.国内外给水厂净水工艺研究综述[J].江西化工，2009（02）
[2]张安道.浅谈城市建设中自来水厂的净水处理[J].中华民居，2011，（07）
作者简介
虞力，上海市嘉定自来水有限公司；嘉定区永新路318号城发集团707室；201800；净水设备管理；021-59528705；13817006897；[email protected]。
[关键词]城市建设 自来水厂 净水处理工艺 技术改造
中图分类号：TU991.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0039-01
水是人类生存的生命线，是人类社会实现可持续发展的重要物质基础。随着经济的不断发展，用水量剧增，而水处理设施的相对落后使水环境质量呈持续恶化的趋势。因此，为了解决这一问题，必须加强城市自来水厂净水处理， 强化对地表水的保护措施，使之能用于生活饮用水的水源，进而从根本上提高水质的保障，克服清洁水源短缺的困扰。
一、城市建设中自来水厂净水处理工艺
1.自来水厂净水常规处理工艺
城市自来水厂水处理的任务是通过必要的处理方法去除水中杂质，使之符合生活饮用水的水质要求，故处理方法应根据水源水质确定。此处仅列出自来水厂净水常规处理工艺。常规处理工艺主要处理对象为水源水中的悬浮物、胶体物质和病原微生物等。它由混凝、沉淀或澄清、过滤和消毒等工序组成，该工艺仍为中国和世界上大多数水厂所采用。“混凝-沉淀-过滤-消毒”是以地表水为水源的生活饮用水常规处理工艺，去除对象是引起水浑浊的悬浮物及胶体物质。混凝、沉淀和过滤在去除浊度的同时，对色度、细菌和病毒等也有一定去除作用。再通过向水中投加氯气、漂白粉，或二氧化氯等消毒剂，杀灭滤后水中致病微生物，达到饮用水水质要求。
2.活性炭技术处理工艺
活性炭技术给水处理中的深度处理工艺，可以有效地去除水中色度、异嗅异味和溶解的有机污染物，提高供水水质。活性炭分为粉末炭活性炭、颗粒活性炭、新炭等种形式，其中粉末活性炭在处理水中突发嗅味、工业污染物方面有很好的应用。颗粒炭不易流失，可再生重复使用，用于污染较轻，需连续运行的水处理工艺。颗粒活性炭在使用过程中根据原水水质情况定期进行反冲洗。一般采用水冲的形式，6天反洗一次，反冲强度需达到30%以上的滤池膨胀率。新炭主要以物理和化学吸附为主，使用一定时间炭表面形成生物膜后，则以生物降解作用为主。当评价活性炭吸附效果的指标降低到相关标准以下，或某种污染物指标穿透炭床时，就必须进行更换或再生。新炭使用时需要浸泡 24～48h，之后还应进行反冲洗，以便去除残存的活性炭中的焦油及炭粉等杂质。反洗次数和排水浊度可根据处理水用途确定，给水处理活性炭反洗排水浊度一般可控制在 2～5NTU 。比如，据上海水质问题专家陈国光向记者提供的一组常规处理水厂和“深度处理”水厂2013年氯仿、耗氧量指标的对比以及嗅和味的合格率比较的数据显示，采用“深度处理”工艺的水厂氯仿，较采用常规处理工艺的水厂平均降低48.65%，耗氧量平均降低26.92%；嗅和味指标的合格率则平均提高8.18%。
3.“膜”法水处理工艺
“膜”法水处理工艺主要是利用天然矿石、超滤技术、反渗透技术等多道物理过滤，实现对自来水的生物与化学污染的多级屏障。其中，反渗透膜装置是该处理工艺的核心部分。经反渗透膜的深度处理，能去除水源中绝大部分无机盐、重金属离子以及有害物质，使水质达到生活饮用水标准。比如，杭州湾新区航丰自来水厂投入9000多万元建设了一期5万t供水项目，其中第三代水处理工艺——“膜”法水处理工艺的设备投入就花掉5000多万元，这一投入是普通5万t水厂项目投入2倍还要多。自2004年建成投用以来，就受到了许多国内同行的关注，杭州、上海、深圳、北京的同行纷至沓来，向航丰公司学习取经。目前，航丰公司采用“膜”法水处理工艺，水处理达标率连续5年达到100%，并通过慈溪市、宁波市和国家相关水质检测，水质完全符合国家生活饮用水标准。
二、城市建设中自来水厂净水处理技术改造方案
目前我国各自来水厂的水源大都遭受生活污水与工业废水的污染，原水中有机物氨氮浓度增加，水质下降，增强了饮用水的致癌风险。因此，对自来水厂的现有净水工艺进行改造势在必行。具体包括如下方面：
（1）针对水源水的污染特性，增设必要的预处理设施。预处理技术包括投加化学氧化剂，如臭氧、高锰酸钾；投加吸附剂，包括粉末活性炭和活化粘土；以及生物氧化技术等。特别是生物氧化预处理技术（如曝气生物滤池），由于本身存在的一些优点，自二十世纪八十年代以来，在许多国家得到重视。我国部分城市水厂也已经开始了这方面的工作。
（2）混凝技术改造。改造的基本方法可因地制宜选用静态混合器、利用水泵和加装机械搅拌混合器等。
（3）絮凝技术改造。改造的基本原则是创造适宜的水力条件，使絮凝的各段过程中尽量接近最佳GT值。对打碎絮体的部位需扩大断面积，对GT值过小的部位加装网格或者安装阻流装置。如要适当增加絮凝时间则可适当地占用一些沉淀池空间来解决。
（4）沉淀池、澄清池的技术改造。改造的基本方法是加装斜管或斜板。
（5）过滤技术改造，改造为煤和砂的双层滤料滤池；可考虑采用轻质（煤或陶粒滤料）、粒径较粗、滤层较厚的均匀滤料。滤池采用气水联合反冲洗，改善冲洗效果，节约冲洗水量。
（6）助滤剂的应用。在进滤池的水中再加注少量（一般为1-3mg/L）的混凝剂或微量（一般几十？g/L）高分子絮凝剂，能明显改善水的过滤性能，显著提高去除率。这是改善过滤出水水质的一个非常重要措施。投加助滤剂后，出水浊度明显降低，但运行周期会相应缩短。经试验，采用助滤剂方案时，若运行周期尚长，可不改变滤层，否则要同时把滤层改为双层滤料或均粒滤层并加装表面冲洗以改善冲洗效果。
（7）增设活性炭吸附或生物活性炭（臭氧-活性炭联用）深度处理设施，进一步控制出厂水中的有机污染物的浓度，减少卤代物质的生成量。
（8）在无条件建立活性炭滤池时，可在过滤前投加粉末活性炭（PAC），或将滤池改造为活性滤池。
（9）优化消毒工艺，使用氯胺、二氧化氯、臭氧等消毒剂，降低消毒副产物的产生量，提高饮用水的卫生安全性。
（10）采用膜技术，可以替代常规工艺和深度处理工艺，并可以去除部分溶解性无机盐。
（11）水厂自动控制的技术改造，目的是减低能耗，优化工艺参数，保证出水水质。
需特别指出的是，活性炭吸附技术最能有效地去除水中的有机物，将是今后给水净水厂首先应考虑增加的深度处理构筑物。但从经济角度来看，根据我们的估算，采用活性炭吸附技术每处理1m？/d水的投资将在80-100元，运转费将增加0.15元/m？左右。从目前来看出，恐怕在短时间内还难以实现。生物预处理技术对氨氮、亚硝酸盐氮有较强的去除效果（80-95%），生物预处理技术运转费便宜，仅需增加费用0.09元/m？，但基建面积较大，投资高，每1m？/d约在100-120元左右。？综合自来水厂的净水工艺状况，我们把不同工艺的机理、功能、净水效果和费用比较列为一个表格，便于分析和比较，具体详见下表。
综合上述自水厂不同净水工艺的去除指标和经济上增加的费用，在我国现有经济和技术条件下，在优先考虑强化常规工艺的前提下，增加预处理、深度处理及“膜”法水处理将是今后我国自水厂进行净水工艺改造的主要方向。在预处理中，生物预处理发展前景广阔；在深度处理中，活性炭技术处理将是其主要发展趋势。
参考文献
[1]王星.国内外给水厂净水工艺研究综述[J].江西化工，2009（02）
[2]张安道.浅谈城市建设中自来水厂的净水处理[J].中华民居，2011，（07）
作者简介
虞力，上海市嘉定自来水有限公司；嘉定区永新路318号城发集团707室；201800；净水设备管理；021-59528705；13817006897；[email protected]。